A Robust and Efficient Propane Dehydrogenation Catalyst from Unexpectedly Segregated Pt2Mn Nanoparticles

脱氢 化学 催化作用 双金属片 电子顺磁共振 选择性 纳米颗粒 丙烯 多相催化 吸附 化学工程 物理化学 有机化学 物理 核磁共振 工程类
作者
Lukas Rochlitz,Quentin Pessemesse,Jörg W. A. Fischer,Daniel Klose,Adam H. Clark,Milivoj Plodinec,Gunnar Jeschke,Pierre‐Adrien Payard,Christophe Copéret
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:144 (29): 13384-13393 被引量:57
标识
DOI:10.1021/jacs.2c05618
摘要

The increasing demand for short chain olefins like propene for plastics production and the availability of shale gas make the development of highly performing propane dehydrogenation (PDH) catalysts, robust toward industrially applied harsh regeneration conditions, a highly important field of research. A combination of surface organometallic chemistry and thermolytic molecular precursor approach was used to prepare a nanometric, bimetallic Pt-Mn material (3 wt % Pt, 1.3 wt % Mn) supported on silica via consecutive grafting of a Mn and Pt precursor on surface OH groups present on the support surface, followed by a treatment under a H2 flow at high temperature. The material exhibits a 70% fraction of the overall Mn as MnII single sites on the support surface; the remaining Mn is incorporated in segregated Pt2Mn nanoparticles. The material shows great performance in PDH reaction with a low deactivation rate. In particular, it shows outstanding robustness during repeated regeneration cycles, with conversion and selectivity stabilizing at ca. 37 and 98%, respectively. Notably, a material with a lower Pt loading of only 0.05 wt % shows an outstanding catalytic performance─initial productivity of 4523 gC3H6/gPt h and an extremely low kd of 0.003 h-1 under a partial pressure of H2, which are among the highest reported productivities. A combined in situ X-ray absorption spectroscopy, scanning transmission electron microscopy, electron paramagnetic resonance, and metadynamics at the density functional theory level study could show that the strong interaction between the MnII-decorated support and the unexpectedly segregated Pt2Mn particles is most likely responsible for the outstanding performance of the investigated materials.
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